Nachrichten- und Analyseportal „Electronics Time“. Push-Pull-Wandler 2-Takt-Wandler in Stromversorgungen

Dieser Nachteil fehlt bei Gegentaktschaltungen von Selbstoszillatoren, die es ermöglichen, nicht nur die Effizienz des Wandlers zu erhöhen, sondern auch Spannungsimpulse zu erhalten, die eher einer rechteckigen Form ähneln, was den Glättungsfilter vereinfacht und eine größere Leistung gewährleistet Konstanz der gleichgerichteten Spannung. In diesen Schaltungen empfiehlt es sich, Gleichrichterschaltungen zu verwenden, bei denen keine ständige Zwangsmagnetisierung des Magnetkreises erfolgt (Zweiphasen-Vollwelle mit Mittelpunktausgang und Einphasenbrücke).

In Push-Pull-Oszillatorschaltungen übernehmen Transistoren die Rolle von Schaltern, die wie Transistoren in symmetrischen Multivibratorschaltungen abwechselnd öffnen und schließen. Solche Schaltungen können mit einem gemeinsamen Emitter, einer gemeinsamen Basis und einem gemeinsamen Kollektor aufgebaut werden. Die am weitesten verbreitete Schaltung ist die mit einem gemeinsamen Emitter, der bei niedrigen Quellenspannungen funktioniert U Eingang ermöglicht Ihnen eine hohe Effizienz.

Ein Gegentaktspannungswandler, aufgebaut nach einer gemeinsamen Emitterschaltung (Abb. 3), besteht aus zwei Transistoren VT 1 VT 2 und einem Transformator mit drei Wicklungen: Kollektor (besteht aus zwei Halbwicklungen ω K1 und ω K2), Basis (besteht aus zwei Halbwicklungen ω B1 und ω B2) und Ausgang ω OUT. Wie bei einem Eintaktwandler ist die Kollektorwicklung die Primärwicklung und die Basiswicklung die Rückkopplungswicklung.

Reis. 3. Gegentakt-Halbleiterspannungswandler, aufgebaut nach einer gemeinsamen Emitterschaltung

Der Magnetkern des Transformators besteht aus einem Material mit einer rechteckigen Hystereseschleife (Abb. 4, a).

Reis. 4. Zum Funktionsprinzip eines Gegentaktspannungswandlers:

A- Hystereseschleife des Magnetkreises des Impulstransformators;

B - Diagramme der Spannungen, des magnetischen Flusses und der Ströme im Stromkreis

Als Materialien für den Magnetkern werden Permalloy und Ferrite verschiedener Qualitäten verwendet. Der Spannungsteiler R 1 R 2 sorgt für den Start des Wandlers, da beim Einschalten der Versorgungsspannung Uin ein kleiner Spannungsabfall (durchschnittlich 0,7 V) am Widerstand R 1 (Abb. 3) auftritt, dessen Minus ist an die Basen der Transistoren angelegt. Diese Spannung bringt den Arbeitspunkt des Transistors in den Bereich hoher Ströme und sorgt so für die Selbsterregung des Generators. Der Kondensator C 1 erhöht die Zuverlässigkeit des Selbsterregungsprozesses. Die Kapazität C 1 wird experimentell ausgewählt; sein Wert liegt zwischen 0,1 und 2 μF.

Das Funktionsprinzip der Gegentaktwandlerschaltung ist wie folgt. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist U Eingang Spannungsabfall über R 1 öffnet beide Transistoren VT 1 Und VT 2 , Darüber hinaus sind aufgrund der Streuung der Transistorparameter die Ströme ich K1 und ich Das durch sie fließende K2 kann nicht genau gleich sein. Sagen wir ich K1 > ich K2, in diesem Fall entsteht im Magnetkreis des Transformators ein magnetischer Fluss, dessen Richtung durch den vorherrschenden Kollektorstrom bestimmt wird ich K1 (Abb. 3, Richtung ich K1 wird durch durchgezogene Pfeile angezeigt). Dieser Fluss induziert eine EMK an allen Wicklungen des Transformators (Abb. 3, Zeichen ohne Klammern), und die in den Basishalbwicklungen ω B1 und ω B2 induzierte EMK erzeugt an der Basis VT 1 „Minus“ und auf der Basis VT 2 „Plus“, was zu einem noch größeren Unterschied in den Strömen führt ich K1 und ich K2. Dank positiver Rückmeldungen im Kreis konnte der Eröffnungsprozess erfolgen VT 1 und schließen VT 2 fließt wie eine Lawine und treibt den Transistor sehr schnell an VT 1 in den Sättigungsmodus. An die Halbwicklung ω B1 wird Spannung angelegt

Wo U ke1 us - Spannungsabfall an einem offenen Transistor VT 1 .

Transistor VT 1 bleibt geöffnet, bis der magnetische Fluss des Transformators den Wert erreicht F S (Sättigungsfluss). Wie aus Abb. ersichtlich ist. 4, und bei einer rechteckigen Hystereseschleife des Transformators ändert sich der magnetische Fluss dann kaum, sondern bleibt praktisch konstant, und wie aus der Theorie der Transformatoren (Kapitel 1) bekannt, bei konstantem magnetischen Fluss in den Wicklungen des Transformators, EMF kann nicht induziert werden. Aus diesem Grund erreicht der magnetische Fluss in diesem Moment den Wert F S Die EMF verschwindet (oder wird sehr klein) in allen Wicklungen des Transformators und dementsprechend auch die Ströme in diesen Wicklungen.

Ein starker Abfall der Ströme in den Wicklungen führt dazu, dass in ihnen eine EMF entgegengesetzter Polarität auftritt (Abb. 3, Zeichen in Klammern), d.h. in der Basis VT 1 Es entsteht eine positive Spannung relativ zum Emitter und zum Transistor VT 1 wird geschlossen, und basierend auf dem Transistor VT 2 Gegenüber dem Emitter entsteht eine negative Spannung, die zur Entriegelung führt VT 2 und zum Auftreten von Strom ich K2 in Halbwicklung ω K2 (Richtung ich K2 ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Dies führt zu einem Anstieg der negativen Basisspannung VT 2 und weitere Erhöhung des Stroms ich K2; Dieser Vorgang verläuft lawinenartig und treibt den Transistor sehr schnell an VT 2 in den Sättigungsmodus. Als Ergebnis (mit open VT 2) Spannung wird an die Halbwicklung ω k2 angelegt

Somit wird die Spannung an jeder der Halbwicklungen ω k1 und ω k2 durch die Formeln (1) und (2) bestimmt und hat die Form von Rechteckimpulsen (Abb. 4, b, Diagramm). Und Zu).

Frequenz der Konvertererzeugung gem

Wo U ke us ist der Spannungsabfall am Transistor im Sättigungsmodus; U R-Spannungsabfall am aktiven Widerstand der Hälfte der Primärwicklung des Transformators, V; ω k – Anzahl der Windungen der Hälfte der Sekundärwicklung (ω k =ω k1= ω k2); B S-Sättigungsinduktionswert, T; S C - Querschnittsfläche des Transformatormagnetkreises.

Wie aus (3) ersichtlich ist, ist die Häufigkeit der Konvertierungsgenerierung F n hängt von der Spannung des Netzteils ab U BX und vom Laststrom ICH 0 . Tatsache ist, dass mit zunehmendem Laststrom der Strom am Wechselrichterausgang zunimmt ( ICH Out), und folglich steigt der Strom in der Primärwicklung (Strom). ICH Zu). Zunehmender Strom ICH führt zu einem Anstieg des Spannungsabfalls darüber, d.h. U R, und nach Formel (3) Frequenz F n wird abnehmen.

Bei einem Kurzschluss am Ausgang des Wandlers versagen die Transistoren VT 1 Und VT 2 Verlassen Sie den Sättigungsmodus und die Erzeugung stoppt. Bei der Beseitigung eines Kurzschlusses wird der Stromkreis leicht erregt; auf diese Weise, Diese Schaltung ist unempfindlich gegenüber Kurzschlüssen.

Mit nur zwei leistungsstarken Feldeffekttransistoren kann ein recht leistungsstarker und einfacher Gegentakt-Spannungswandler aufgebaut werden. Ich habe einen solchen Wechselrichter immer wieder in den unterschiedlichsten Ausführungen eingesetzt. Die Schaltung verwendet zwei leistungsstarke N-Kanal-Transistoren; es empfiehlt sich, diese mit einer Betriebsspannung von 100 Volt, einem zulässigen Strom von 40 Ampere oder mehr zu betreiben.

Das Schema erfreut sich im Internet großer Beliebtheit.

Zusätzlich zu den Transistoren in der Schaltung verfügen wir über ultraschnelle Dioden; Sie können Dioden wie UF4007, HER207, HER307, HER308, MUR460 und andere verwenden. Zwei 12-Volt-Zenerdioden zur Begrenzung der Spannung an den Gates von Feldschaltern; es empfiehlt sich, Zenerdioden mit einer Leistung von 1 oder 1,5 Watt zu verwenden; wenn keine 12-Volt-Zenerdioden verfügbar sind, können Sie diese mit a verwenden Stabilisierungsspannung von 9-15 Volt, unkritisch.

Es empfiehlt sich, Begrenzungswiderstände mit einer Leistung von 0,5 oder 1 Watt zu verwenden; eine leichte Überhitzung dieser Widerstände ist möglich. Der Transformator kann von einem Computer-Netzteil auf den Kern gewickelt werden, Sie können sogar nichts aufwickeln und den Transformator in verwenden umgekehrt – als Step-Up. Für alle Fälle möchte ich sagen, dass die Primär- oder Leistungswicklung aus 2x5 Windungen besteht, die mit einer Sammelschiene aus 5 separaten Drähten von jeweils 0,7 mm (jede Sammelschiene) gewickelt sind. Der Draht ist nicht kritisch.

Die sekundäre Aufwärtswicklung ist auf die Primärwicklung gewickelt und besteht aus 45 Windungen – das reicht völlig aus, um 220 Volt zu erzeugen, wenn man die Betriebsfrequenz des Generators berücksichtigt.

Die Schaltung enthält keine kritischen Komponenten, die Streuung der Elementbasis ist recht groß. Die Transistoren müssen auf dem Kühlkörper installiert werden. Vergessen Sie nicht, sie mit Glimmer-Abstandshaltern vom Kühlkörper zu trennen. Dies ist jedoch der Fall, wenn es sich um einen einzelnen Kühlkörper handelt.

Die Drossel kann auf einen Ring aus den Ausgangsdrosseln eines Computernetzteils gewickelt werden; die Wicklung ist mit einer Sammelschiene aus 3 Litzen aus 1 mm Draht (jeweils) gewickelt, die Anzahl der Windungen beträgt 6 bis 12.

Ein wenig über Energie- und Sicherheitsmaßnahmen. Die Ausgangsspannung hängt von der angeschlossenen Last ab; dieser Wechselrichter ist für den Betrieb mit passiven Lasten (Lampe, Lötkolben usw.) ausgelegt, da die Ausgangsfrequenz hunderte Male höher ist als die Netzfrequenz.

Um aktive Lasten an den Wechselrichter anzuschließen, muss die Spannung vom Ausgang des Transformators zunächst gleichgerichtet und dann mit einem Elektrolytkondensator geglättet werden. Vergessen Sie nicht, dass der Gleichrichter schnelle Dioden mit einer Sperrspannung von mindestens 600 Volt und einem Strom verwenden muss von 2 Ampere oder mehr. Elektrolytkondensator für Spannung 400 Volt, Kapazität 47-330 µF. Die Wechselrichterleistung beträgt 300 Watt!

Seien Sie äußerst vorsichtig— Die Ausgangsspannung nach dem Gleichrichter mit Kondensator ist tödlich!

Am weitesten verbreitet sind Push-Pull-Sekundärstromquellen, obwohl sie im Vergleich zu Single-Cycle-Stromquellen einen komplexeren Stromkreis aufweisen. Sie ermöglichen eine deutlich höhere Ausgangsleistung bei hohem Wirkungsgrad.
Schaltkreise von Gegentaktwandler-Wechselrichtern verfügen über drei Arten der Verbindung von Schlüsseltransistoren und der Primärwicklung des Ausgangstransformators: Halbbrücke, Brücke und mit einer von der Mitte abgegriffenen Primärwicklung.

Halbbrücke Diagramm der Schlüsselkaskadenkonstruktion.
Sein Merkmal ist die Einbeziehung der Primärwicklung des Ausgangstransformators in der Mitte des kapazitiven Teilers C1 – C2.

Die Amplitude der Spannungsimpulse an den Emitter-Kollektor-Transistorübergängen T1 und T2 überschreitet nicht den Wert der Versorgungsspannung. Dies ermöglicht den Einsatz von Transistoren mit einer maximalen Spannung Uek bis 400 Volt.
Gleichzeitig überschreitet die Spannung an der Primärwicklung des Transformators T2 den Wert Upit/2 nicht, da sie vom Teiler C1 - C2 (Upit/2) entfernt wird.
Über den Transformator Tr1 wird den Basen der Tastentransistoren T1 und T2 eine Steuerspannung entgegengesetzter Polarität zugeführt.


IN Gehweg Im Wandler wird der kapazitive Teiler (C1 und C2) durch die Transistoren T3 und T4 ersetzt. Transistoren öffnen sich in jeder Halbwelle paarweise diagonal (T1, T4) und (T2, T3).

Die Spannung an den Übergängen Uec geschlossener Transistoren überschreitet nicht die Versorgungsspannung Upit. Aber die Spannung an der Primärwicklung des Transformators Tr3 wird ansteigen und dem Wert von Upit entsprechen, was den Wirkungsgrad des Wandlers erhöht. Der Strom durch die Primärwicklung des Transformators Tr3 ist bei gleicher Leistung im Vergleich zu einer Halbbrückenschaltung geringer.
Aufgrund der Schwierigkeit, die Steuerkreise der Transistoren T1–T4 einzurichten, wird ein Brückenschaltkreis selten verwendet.

Wechselrichterschaltung mit sog drücken ziehen Die Leistung ist in leistungsstarken Konvertern-Wechselrichtern am besten. Eine Besonderheit dieser Schaltung besteht darin, dass die Primärwicklung des Ausgangstransformators Tr2 einen Anschluss in der Mitte hat. Für jede Spannungshalbwelle arbeiten abwechselnd ein Transistor und eine Halbwicklung des Transformators.

Diese Schaltung zeichnet sich durch höchste Effizienz, geringe Welligkeit und geringe Geräuschemission aus. Dies wird durch eine Reduzierung des Stroms in der Primärwicklung und eine Reduzierung der Verlustleistung in den Schlüsseltransistoren erreicht.
Die Spannungsamplitude der Impulse in der Hälfte der Primärwicklung Tr2 steigt auf den Wert Upit und die Spannung Uek an jedem Transistor erreicht den Wert 2 Upit (Selbstinduktions-EMK + Upit).
Es müssen Transistoren mit einem hohen Ucat-Wert von 600 - 700 Volt verwendet werden.
Der durchschnittliche Strom durch jeden Transistor entspricht der Hälfte des Stromverbrauchs aus dem Versorgungsnetz.

Strom- oder Spannungsrückmeldung.

Ein Merkmal selbsterregter Push-Pull-Schaltkreise ist das Vorhandensein einer Rückkopplung (Feedback) vom Ausgang zum Eingang in Bezug auf Strom oder Spannung.

Im Diagramm aktuelles Feedback Die Kommunikationswicklung w3 des Transformators Tr1 ist in Reihe mit der Primärwicklung w1 des Ausgangstransformators Tr2 geschaltet. Je größer die Belastung am Wechselrichterausgang ist, desto größer ist der Strom in der Primärwicklung Tr2, desto größer ist die Rückkopplung und desto größer ist der Basisstrom der Transistoren T1 und T2.
Unterschreitet die Belastung den minimal zulässigen Wert, reicht der Rückspeisestrom in der Wicklung w3 des Transformators Tr1 nicht aus, um die Transistoren anzusteuern, und die Erzeugung der Wechselspannung wird unterbrochen.
Mit anderen Worten: Wenn die Last ausfällt, funktioniert der Generator nicht.

Im Diagramm Spannungsrückmeldung Die Rückkopplungswicklung w3 des Transformators Tr2 ist über einen Widerstand R mit der Kommunikationswicklung w3 des Transformators Tr1 verbunden. Diese Schaltung liefert eine Rückmeldung vom Ausgangstransformator zum Eingang des Steuertransformators Tr1 und dann zu den Basisschaltungen der Transistoren T1 und T2.
Die Spannungsrückkopplung ist schwach lastabhängig. Wenn am Ausgang eine sehr große Last anliegt (Kurzschluss), sinkt die Spannung an der Wicklung w3 des Transformators Tr2 und es kann ein Moment kommen, in dem die Spannung an den Basiswicklungen w1 und w2 des Transformators Tr1 nicht mehr ausreicht, um die Transistoren zu steuern . Der Generator funktioniert nicht mehr.
Unter bestimmten Umständen kann dieses Phänomen als Schutz gegen Ausgangskurzschlüsse genutzt werden.
In der Praxis werden häufig beide Schaltungen mit Rückkopplung von Strom und Spannung verwendet.

Push-Pull-Wechselrichterschaltung mit Spannungsrückführung

Betrachten wir zum Beispiel den Betrieb der gebräuchlichsten Wandler-Wechselrichter-Schaltung – einer Halbbrückenschaltung.
Die Schaltung besteht aus mehreren unabhängigen Blöcken:

• — Gleichrichtereinheit – wandelt Wechselspannung 220 Volt 50 Hz in Gleichspannung 310 Volt um;
• — Auslöseimpulsgerät – erzeugt kurze Spannungsimpulse zum Starten des Autogenerators;
• — Wechselspannungsgenerator – wandelt eine Gleichspannung von 310 Volt in eine rechteckige Wechselspannung mit hoher Frequenz von 20 – 100 kHz um;
• - Gleichrichter - wandelt Wechselspannung 20 -100 kHz in Gleichspannung um.

Unmittelbar nach dem Einschalten der 220-Volt-Stromversorgung beginnt das Auslöseimpulsgerät, ein Sägezahnspannungsgenerator (R2, C2, D7), zu arbeiten. Von dort gelangen Auslöseimpulse an die Basis des Transistors T2. Der Autogenerator startet.
Die Schlüsseltransistoren öffnen nacheinander und in der Primärwicklung des Ausgangstransformators Tr2, verbunden mit der Diagonale der Brücke (T1, T2 - C3, C4), entsteht eine rechteckige Wechselspannung.
Die Ausgangsspannung wird der Sekundärwicklung des Transformators Tr2 entnommen, durch die Dioden D9 – D12 gleichgerichtet (Vollweggleichrichtung) und durch den Kondensator C5 geglättet.
Der Ausgang erzeugt eine konstante Spannung mit einem bestimmten Wert.
Der Transformator T1 dient zur Übertragung von Rückkopplungsimpulsen vom Ausgangstransformator Tr2 an die Basen der Tastentransistoren T1 und T2.


Die Push-Pull-USV-Schaltung hat gegenüber der Single-Cycle-Schaltung eine Reihe von Vorteilen:

• — Der Ferritkern des Ausgangstransformators Tr2 arbeitet mit aktiver Ummagnetisierung (der Magnetkern wird leistungsmäßig am meisten ausgenutzt);
• — die Kollektor-Emitter-Spannung Uek an jedem Transistor überschreitet nicht die DC-Quellenspannung von 310 Volt;
• — wenn sich der Laststrom von I = 0 auf Imax ändert, ändert sich die Ausgangsspannung geringfügig;
• — Hochspannungsstöße in der Primärwicklung des Transformators Tr2 sind sehr gering und die Störabstrahlung entsprechend geringer.

Und noch ein Hinweis für die Push-Pull-Schaltung!!

Vergleichen wir den Betrieb von Zweitakt- und Eintakt-Selbstgeneratoren bei gleicher Last.
Jeder Tasttransistor T1 und T2 wird während eines Taktzyklus des Generators nur zur Hälfte (eine Halbwelle) verwendet; die zweite Hälfte des Zyklus ist „Ruhen“. Das heißt, die gesamte erzeugte Leistung des Generators wird in zwei Hälften auf beide Transistoren aufgeteilt und die Energieübertragung an die Last erfolgt kontinuierlich (von einem Transistor, dann vom anderen) während des gesamten Zyklus. Transistoren arbeiten im sanften Modus.
Bei einem Single-Cycle-Generator erfolgt die Akkumulation der Energie im Ferritkern während der Hälfte des Zyklus und in der zweiten Hälfte des Zyklus wird sie an die Last abgegeben.

Der Tasttransistor in einer Single-Cycle-Schaltung arbeitet viermal intensiver als der Tasttransistor in einer Push-Pull-Schaltung.

Eine der beliebtesten Topologien von Impulsspannungswandlern ist ein Gegentakt- oder Gegentaktwandler (wörtlich übersetzt: Gegentakt).

Anders als bei einem Single-Ended-Sperrwandler wird die Energie nicht im Kern des Push-Pools gespeichert, da es sich in diesem Fall um den Kern des Transformators handelt und nicht als Leiter für den wiederum erzeugten magnetischen Wechselfluss dient die beiden Hälften der Primärwicklung.

Trotz der Tatsache, dass es sich um einen Impulstransformator mit festem Übersetzungsverhältnis handelt, kann die Stabilisierungsspannung des Gegentaktausgangs dennoch durch Variation der Breite der Betriebsimpulse (mit) geändert werden.

Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades (Wirkungsgrad bis zu 95 %) und der galvanischen Trennung des Primär- und Sekundärkreises werden Gegentakt-Pulswandler häufig in Stabilisatoren und Wechselrichtern mit einer Leistung von 200 bis 500 W (Stromversorgungen, Automobilindustrie) eingesetzt Wechselrichter, USV usw.)

Die folgende Abbildung zeigt die allgemeine Schaltung eines typischen Gegentaktwandlers. Sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklung verfügen über Abgriffe in der Mitte, so dass in jeder der beiden Arbeitshalbzyklen, wenn nur einer der Transistoren aktiv ist, dessen Hälfte der Primärwicklung und die entsprechende Hälfte der Sekundärwicklung genutzt würden , wobei die Spannung nur an einer der beiden Dioden abfallen würde.

Durch den Einsatz eines Vollweggleichrichters mit Schottky-Dioden am Ausgang eines Gegentaktwandlers können aktive Verluste reduziert und der Wirkungsgrad gesteigert werden, da es wirtschaftlich deutlich sinnvoller ist, zwei Hälften der Sekundärwicklung zu wickeln, als Verluste zu verursachen (finanziell und aktiv) mit einer Diodenbrücke aus vier Dioden.

Die Schalter im Primärkreis eines Gegentaktwandlers (MOSFET oder IGBT) müssen für die doppelte Versorgungsspannung ausgelegt sein, um nicht nur der Quell-EMK, sondern auch der zusätzlichen Wirkung der beim gegenseitigen Betrieb induzierten EMK standzuhalten.

Die Eigenschaften des Geräts und die Funktionsweise einer Gegentaktschaltung unterscheiden sie vorteilhaft von Halbbrücken-, Vorwärts- und Rücklaufschaltungen. Im Gegensatz zur Halbbrücke ist es nicht erforderlich, den Tastensteuerkreis von der Eingangsspannung zu entkoppeln. Ein Push-Pull-Wandler funktioniert wie zwei Single-Ended-Durchflusswandler in einem Gerät.

Darüber hinaus benötigt ein Spirit-Cycle-Wandler im Gegensatz zu einem Durchflusswandler keine Begrenzungswicklung, da eine der Ausgangsdioden auch bei geschlossenen Transistoren weiterhin Strom leitet. Schließlich werden bei einem Gegentaktwandler im Gegensatz zu einem Sperrwandler die Schalter und der Magnetkreis sparsamer genutzt und die effektive Impulsdauer ist länger.

Stromgesteuerte Gegentaktschaltungen erfreuen sich in integrierten Netzteilen für elektronische Geräte immer größerer Beliebtheit. Mit diesem Ansatz wird das Problem der erhöhten Spannung an den Tasten vollständig beseitigt. An den gemeinsamen Source-Schaltkreis der Schalter ist ein Shunt-Widerstand angeschlossen, von dem die Rückkopplungsspannung zum Stromschutz entfernt wird. Die Dauer jedes Betriebszyklus der Schalter wird durch den Zeitpunkt begrenzt, an dem der Strom einen bestimmten Wert erreicht. Unter Last wird die Ausgangsspannung typischerweise durch PWM begrenzt.

Beim Entwurf eines Push-Pull-Wandlers wird besonderes Augenmerk auf die Auswahl der Schalter gelegt, damit der offene Kanalwiderstand und die Gate-Kapazität möglichst klein sind. Zur Steuerung der Gates von Feldeffekttransistoren in einem Gegentaktwandler werden am häufigsten Gate-Treiber-Mikroschaltungen verwendet, die ihre Aufgabe auch bei Frequenzen von Hunderten von Kilohertz, die für Schaltnetzteile jeglicher Topologie typisch sind, problemlos bewältigen.

In autonomen tragbaren und mobilen Funkgeräten, die relativ wenig Strom verbrauchen, werden als Stromquellen Niederspannungs-Gleichstromquellen verwendet, die unabhängig vom externen Netzwerk arbeiten: galvanische Zellen, Batterien, Thermogeneratoren, Solar- und Kernbatterien. Manchmal ist es für den Betrieb von Funkgeräten erforderlich, eine Gleichspannung einer Nennleistung in eine Gleichspannung einer anderen Nennleistung umzuwandeln. Diese Aufgabe wird von verschiedenen Gleichstromwandlern übernommen, nämlich: elektrische Maschine, elektromechanisch, elektronisch und Halbleiter.

In einem Halbleiterwandler wird Gleichstromenergie in Rechteckimpulsenergie umgewandeltüber ein Schaltgerät. Die Hauptelemente dieses Geräts sind MOS-FET- und IGBT-Transistoren und Thyristoren. Man nennt Konverter mit Wechselstromausgang Wechselrichter. Wenn der Wechselrichterausgang mit einem Gleichrichter verbunden ist, der einen Anti-Aliasing-Filter enthält, wird der Ausgang eines Geräts aufgerufen Konverter, Sie können eine konstante Spannung erhalten U Ausgangsspannung, die erheblich von der Eingangsspannung abweichen kann U BX, , diese. Ein Konverter ist eine Art Konstantspannungstransformator.

Bei einer hohen Versorgungsspannung sowie ohne Gewichts- und Volumenbeschränkungen ist es sinnvoll, Thyristoren für Umrichter zu verwenden. Halbleiterwandler auf Basis von Transistoren und Thyristoren werden in ungeregelte und einstellbare unterteilt, wobei letztere auch als Gleich- und Wechselspannungsstabilisatoren eingesetzt werden.

Nach der Methode der Schwingungserregung im Konverter Es gibt Schaltungen mit Selbsterregung und mit unabhängiger Erregung. Selbsterregte Schaltkreise sind gepulste Selbstoszillatoren. Unabhängig erregte Schaltkreise bestehen aus einem Hauptoszillator und einem Leistungsverstärker. Impulse vom Ausgang des Hauptoszillators gelangen in den Eingang des Leistungsverstärkers und steuern diesen.

1. Selbsterregte Wandler

Selbsterregte Wandler arbeiten mit einer Leistung von bis zu mehreren zehn Watt. In Funkgeräten haben sie Anwendung als autonome Energiequellen mit geringer Leistung und als Hauptoszillatoren leistungsstarker Wandler gefunden. Das Blockdiagramm eines selbsterregten Wandlers ist in Abb. dargestellt. 1.

Reis. 1. Blockschaltbild eines selbsterregten Spannungswandlers

Am Wandlereingang wird eine konstante Versorgungsspannung angelegt U BX. In einem Selbstoszillator wird Gleichspannung in Spannung in Form von Rechteckimpulsen umgewandelt.

Rechteckimpulse ändern mit Hilfe eines Transformators ihre Amplitude und werden dem Eingang des Gleichrichters zugeführt, woraufhin wir am Ausgang des Wandlers (Wandlers) die erforderliche Größe und Gleichspannung erhalten U aus . Bei einer rechteckigen Impulsform weist die gleichgerichtete Spannung eine nahezu konstante Form auf, wodurch der Glättungsfilter des Gleichrichters vereinfacht wird.

2. Single-Ended-Spannungswandler.

Die Funktionsweise der Schaltung (Abb. 2) basiert wie bei den meisten Wandlern auf dem Prinzip der Unterbrechung des Gleichstroms in der Primärwicklung eines Impulstransformators mithilfe eines im Schaltmodus arbeitenden Transistors.

Reis. 2. Single-Ended-Halbleiterwandler

selbsterregte Spannung

Die Primärwicklung des Transformators ω k ist im Kollektorkreis des Transistors enthalten, und die Rückkopplungswicklung ω b ist im Emitter-Basis-Kreis enthalten. Da die Wicklungen ω k und ω b im selben Magnetkreis angeordnet sind, sorgen die zwischen ihnen bestehende magnetische Verbindung und die Reihenfolge, in der die Enden der Wicklungen verbunden sind, letztendlich für eine positive Rückkopplung im Autogenerator.

Beim Anschluss einer Gleichstromquelle U BX im Kollektorkreis des Transistors VT und in der Wicklung ω k beginnt ein Strom zu fließen, der einen zunehmenden magnetischen Fluss im Magnetkern des Impulstransformators verursacht. Dieser Fluss, der auf die Rückkopplungswicklung ω b wirkt, induziert darin eine Selbstinduktions-EMK, und die Wicklung ω b wird relativ zur Wicklung ω k so eingeschaltet, dass die darin induzierte EMK den Transistor noch mehr öffnet (für p-p-p Transistor an der Basis gegenüber dem Emitter entsteht eine zusätzliche negative Spannung). Wenn der magnetische Fluss die Sättigung erreicht, verschwinden die EMK und die Ströme in den Wicklungen, es entsteht eine Gegen-EMK, die den Transistor blockiert, und der Prozess beginnt von vorne. Es ist zu beachten, dass der Transistor geöffnet ist VT Aufgrund des geringen Werts seines Innenwiderstands ist der Spannungsabfall an ihm sehr gering, selbst bei einem Strom, der dem Sättigungsstrom entspricht. Daher ist in diesem Fall fast die gesamte Eingangsspannung erforderlich U BX an der primären Kollektorwicklung des Transformators angelegt ω k.

Durch das periodische Einschalten des Transistors fließt ein Strom durch die Primärwicklung des Transformators ω, dessen Impulse eine nahezu rechteckige Form haben. Impulse gleicher Form, Folgefrequenz und Polarität werden in die Sekundärwicklung des Transformators ω ausgegeben; Diese Impulse werden verwendet, um mithilfe eines Einweggleichrichters eine gleichgerichtete Spannung zu erzeugen. Widerstand RR B in der Basis des Transistors begrenzt den Basisstrom.

Konverter der beschriebenen Art sind für den Einsatz bei hohen Ausgangsspannungen empfehlenswert U B S X und niedrige Ströme, insbesondere zur Versorgung der Hochspannungsanode in Kathodenstrahlröhren. Hauptsächlich Nachteil Bei einem Einzyklus-Oszillatorkreis handelt es sich um eine konstante Magnetisierung des Magnetkreises, da der Strom durch die Kollektorwicklung (Primärwicklung) des Transformators nur in eine Richtung fließt. Eine konstante Magnetisierung verschlechtert die Bedingungen für die Leistungsübertragung von der Primärwicklung der Transformator zur Sekundärseite, und daher werden Einzyklusoszillatoren bei niedrigen Leistungen (mehrere Watt) verwendet, wenn ein geringer Wirkungsgrad kein entscheidender Faktor ist.